Üblicherweise stellen Forscher zunächst Extrakte her – beispielsweise aus Pflanzenteilen –, ohne genau zu wissen, welche oder auch nur wie viele Stoffe darin enthalten sind. Ein so genanntes Drug Target (meist ein Proteinrezeptor) wird dann mit diesem Extrakt behandelt. Finden die Wissenschaftler dabei die gewünschte Aktivität, müssen sie das Extrakt in seine chemischen Bestandteile zerlegen und die aktive Verbindung identifizieren.

Pflanzenextrakte bergen wertvolle Rohstoffe © USDA

Hat sich ein Naturstoff als viel versprechender Kandidat für ein neues Medikament erwiesen, muss unter anderem sichergestellt werden, dass er patentierbar ist – eine Hürde, an der Naturstoffe zunehmend scheitern. Außerdem soll er sich in großen Mengen produzieren lassen. Bei den normalerweise komplex aufgebauten Substanzen bedeutet dies die Entwicklung komplizierter, mehrstufiger Syntheseverfahren. Anfang der 1990er-Jahre wurde deshalb der Einzug von Computern und Synthese-Robotern in die Pharmalabore als große Errungenschaft gefeiert. Die kombinatorische Chemie war schneller und billiger als die Naturstoffsynthese.

Und Schnelligkeit war jetzt auch aus einem ganz anderen Grund gefragt: Die Molekularbiologen identifizierten neue Wirkstoffrezeptoren mit atemberaubender Geschwindigkeit – da sollten die Chemiker mit der Synthese neuer Wirkstoffe nachziehen. Doch die neuen Roboter beherrschten nur vergleichsweise einfache chemische Umsetzungen und produzierten demnach relativ simple, kleine Moleküle. Diese repräsentierten folglich nur einen winzigen Teil des „chemischen Universums“: Darunter verstehen Experten einen multidimensionalen Strukturraum um ein Koordinatensystem aus chemischen Eigenschaften, in dem jedes Molekül – je nach Struktur und Eigenschaften – einen Punkt darstellt.

Wenig überraschend dürfte in diesem Zusammenhang das Ergebnis einer Studie sein, für die Mitarbeiter der Firma Bayer Naturstoffe mit synthetisch hergestellten Substanzen verglichen und im Jahr 1999 veröffentlichten: Naturstoffe haben im Durchschnitt ein höheres Molekulargewicht, weniger Stickstoff-, Halogen- und Schwefel-, dafür aber mehr Sauerstoffatome. Außerdem haben sie einen anspruchsvolleren räumlichen Aufbau und besitzen beispielsweise mehr Ringstrukturen und chirale Zentren (zum Beispiel Kohlenstoffatome, die mit vier verschiedenen Atomen oder Atomgruppen verbunden sind).